当前位置：首页 > news >正文

【C++】模板与泛型编程（三）：重载与模板

news 2025/7/19 23:22:43

16.3 重载与模板

函数模板可以被另一个模板或一个普通分模板函数重载。与往常一样，名字相同的函数必须具有不同数量或类型的参数（这样才可以完成重载）。

如果设计模板，则函数的匹配规则与普通函数的重载有所不同，具体来说，当涉及模板时：

对于一个调用，其候选函数包括所有模板实参推断成功的函数模板实例；
候选的函数模板总是可行的，因为模板实参推断会排除任何不可行的模板；
与往常一样，可行函数（模板与非模板）按类型转换（如果对此调用需要的话）来排序；
与往常一样，如果恰有一个函数提供比任何其它函数都更好的匹配，则选择此函数。如果出现多个匹配，则选择更好的那一个。如果有多个更好的，则此调用有歧义。

编写重载模板

下例构造一组函数，命名为 debug_rep，每个函数返回一个给定对象的 string 表示。

首先编写该函数最通用的版本，将它定义为一个模板，接受一个 const 对象的引用：

template <typename T> string debug_rep(const T &t) {ostringstream ret;ret << t;return ret.str();
}

接下来定义打印指针的 debug_rep 版本：

template <typename T> string debug_rep(T *p) {ostringstream ret;ret << "pointer: " << p;	// 打印指针的值if(p) {ret << " " << debug_rep(*p);	// 打印 p 指向的值	} else {ret << "null pointer";			// 或打印为空指针}return ret.str();
}

调用上述的两个函数：

string s("hi!");
cout << debug_rep(s) << endl;	// 调用第一个版本的 debug_rep, 实参是 string
cout << debug_rep(&s) << endl;	// 调用第二个版本的 debug_rep, 实参是 string*

对于第二个函数调用，编译器将会生成两种版本的模板函数实例，实际上，第二个函数调用可以与上述两个模板函数都进行绑定，实例化的结果如下：

debug_rep(const string*&);	// 由第一个版本的 debug_rep 实例化而来, T 被绑定到 string*
debug_rep(string*);			// 由第二个版本的 debug_rep 实例化而来, T 被绑定到 string

第二个实例化的结果是第二个函数调用的精准匹配。

多个可行模板

另一个例子进行如下调用：

const string *sp = &s;
cout << debug_rep(sp) << endl;

对于这个例子，上述两个版本的模板都是可行的，而且两个都是精准匹配。

在此情况下，正常的函数匹配规则无法区分这两个函数，但根据重载函数模板的特殊规则，此调用被解析为debug_rep(T*)，即：更特例化的版本。debug_rep(const T&)本质上适用于任何类型，包括指针类型，它比debug_rep(T*)更加通用，后者只能由于指针类型。因此，用自己的话说就是，重载模板匹配的规则大概可以概括为，当存在多个适配的函数匹配时，选择最不通用，最没有歧义，最匹配的那一个。

非模板和模板重载

这个例子定义一个普通非模板的 debug_rep 来打印双引号包围的 string：

string debug_rep(const string &s) {return '"' + s + '"';
}

调用时：

string s("hi!");
cout << debug_rep(s) << endl;

有两个同样好的可行函数：

debug_rep<string>(const string&);	// 第一个模板, T 绑定到 string*
debug_rep(const string&);			// 普通非模板函数

显然，二者提供相同的参数列表，可以认为二者提供同样好的匹配。但是，根据编译器的规则，它将会选择非模板的版本进行匹配。当存在多个同样好的函数模板时，编译器选择最特例化的版本，处于同样的原因，一个非模板会比一个函数模板更好。

重载模板和类型转换

对于 C 风格字符串指针以及字符串字面常量，考虑如下调用：

cout << debug_rep("hi world!") << endl;	// 调用 debug_rep(T*)

本例中所有三个 debug_rep 都是可行的：

debug_rep(const T&);		// T 绑定到 char[10]
debug_rep(T*);				// T 绑定到 const char
debug_rep(const string&);	// 要求从 const char* 到 string 的类型转换

对于给定的实参，两个模板都提供精确匹配——第二个模板需要进行一次（许可的）数组到指针的转换，而对于函数匹配来说，这种转换被认为是精确匹配。非模板版本是可行的，但需要进行一次用户定义的类型转换。与之前一样，T*版本更加特例化，编译器会选择它。

如果我们希望字符指针按照 string 处理，可以定义另外两个非模板重载版本：

string debug_rep(char *p) {return debug_rep(string(p));
}
string debug_rep(const char *p) {return debug_rep(string(p));
}

缺少声明可能导致程序行为异常

值得注意的是，为了使 char * 版本的 debug_rep 正确工作，在定义此版本时，debug_rep(const string&)的声明必须在作用域中。否则，就有可能调用错误的 debug_rep 版本，比如模板实例化的版本：

template<typename T> string debug_rep(const T &t);
template<typename T> string debug_rep(T *p);
string debug_rep(const string&);
string debug_rep(char *p) {// 如果第三个函数声明不在当前作用域中, 那么下面的 debug_rep 将调用 debug_rep(const T&)实例化的版本return debug_rep(string(p));
}